[信息与通信]运动控制系统2-1直流脉宽调速系统.ppt

本节提要 （1）PWM变换器的工作状态和波形； （2）直流PWM调速系统的机械特性； （3）PWM控制与变换器的数学模型； （4）电能回馈与泵升电压的限制。 3 PWM控制与变换器的数学模型 图2-13绘出了PWM控制器和变换器的框图，其驱动电压都由 PWM 控制器发出，PWM控制与变换器的动态数学模型和晶闸管触发与整流装置基本一致。 按照上述对PWM变换器工作原理和波形的分析，不难看出，当控制电压改变时，PWM变换器输出平均电压按线性规律变化，但其响应会有延迟，最大的时延是一个开关周期 T 。 Uc Ug Ud PWM 控制器 PWM 变换器 图2-13 PWM控制与变换器框图 因此PWM控制与变换器（简称PWM装置）也可以看成是一个滞后环节，其传递函数可以写成 （2-22） 其中 Ks — PWM装置的放大系数； Ts — PWM装置的延迟时间， Ts ≤ T0 。 当开关频率为10kHz时，T = 0.1ms ，在一般的电力拖动自动控制系统中，时间常数这么小的滞后环节可以近似看成是一个一阶惯性环节，因此, （2-23） 与晶闸管装置传递函数完全一致。 本节提要 （1）PWM变换器的工作状态和波形； （2）直流PWM调速系统的机械特性； （3）PWM控制与变换器的数学模型； （4）电能回馈与泵升电压的限制。 C C + 4 电能回馈与泵升电压的限制 PWM变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容C滤波，以获得恒定的直流电压，电容C同时对感性负载的无功功率起储能缓冲作用。 泵升电压产生的原因 对于PWM变换器中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。 （1）电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压，因此电容量就不可能很小，一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到数千微法。 （2）在大容量或负载有较大惯量的系统中，不可能只靠电容器来限制泵升电压，这时，可以采用下图中的镇流电阻 Rb 来消耗掉部分动能。分流电路靠开关器件 VTb 在泵升电压达到允许数值时接通。 泵升电压限制 2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统 自从全控型电力电子器件问世以后，由他们组成的功率变换装置也随之发展，就出现了采用脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即直流PWM调速系统。 PWM系统的优越性 主电路线路简单，需用的功率器件少； 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽； 系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高； 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 由于具有上述优点，直流PWM调速系统的应用日益广泛，特别在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了V-M系统。 PWM系统的优越性 本节提要 （1）PWM变换器的工作状态和波形； （2）直流PWM调速系统的机械特性； （3）PWM控制与变换器的数学模型； （4）电能回馈与泵升电压的限制。 本节提要 （1）PWM变换器的工作状态和波形； （2）直流PWM调速系统的机械特性； （3）PWM控制与变换器的数学模型； （4）电能回馈与泵升电压的限制。 1 PWM变换器的工作状态和波形 PWM变换器的作用是：用PWM调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。 PWM变换器电路有多种形式，主要分为不可逆与可逆两大类，下面着重阐述不可逆PWM变换器的工作原理。 一、不可逆PWM变换器 1、简单的不可逆PWM变换器 2、有制动电流通路的不可逆PWM变换器 PWM分类: 二、可逆PWM变换器 1、双极式H型PWM变换器 2、单极式H型PWM变换器 3、受限单极式H型PWM变换器 不可逆PWM变换器 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统主电路原理图如图2-10a所示，功率开关器件可以是任意一种全控型开关器件，这样的电路又称直流降压斩波器 （1）简单的不可逆PWM变换器 Us —直流电源电压 C—滤波电容器　VT—电力电子开关器件VD—续流二